ДНК. История генетической революции

Не все были готовы признать, что Illumnia достигла психологического рубежа «геном за тысячу долларов». В журнале Nature появился комментарий автора, назвавшегося Уинстоном Черчиллем, который доказывал, что этот ценовой порог может быть достигнут только в 2018 году. Но попутный ветер благоприятствовал Флэтли и его фирме из Сан-Диего. После того как в конце 2008 года Illumnia опубликовала свои первые несколько последовательностей геномов, она набрала темп, повысила качество работы и длину считываемых фрагментов, а гонка тем временем практически прекратилась. Конкуренты один за другим сошли с дистанции. Среди них была компания Helicos, разработчик прибора HeliScope для одномолекулярного секвенирования; в компании не смогли справиться с технологическими сложностями своего аппарата, который был размером с заводской рефрижератор. Не выдержала конкуренции и Roche, фармацевтический гигант, который на раннем этапе приобрел 454 Life Sciences, но так и не смог развить их технологию, подняв ее на более высокий уровень.

На протяжении нескольких лет наиболее серьезную конкуренцию для Illumnia составляла компания Life Technologies, которая приобрела небольшую бостонскую фирму Agencourt и взялась за разработку альтернативного метода секвенирования. В отличие от Illumnia и большинства других конкурентов, работавших с ДНК-полимеразой, в основе системы SOLiD использовалась ДНК-лигаза. Командой секвенаторов SOLiD руководил Кевин Маккернан, умный словоохотливый энтузиаст-биотехнолог, который по иронии судьбы ранее выступал конкурентом предшественника Life (Applied Biosystems). Это было в те годы, когда он когда работал в команде Эрика Ландера на проекте «Геном человека». Система секвенирования SOLiD конкурировала непосредственно с HiSeq. В течение года с небольшим Маккернан и Флэтли упражнялись в немного ребяческой пикировке мнениями, выпуская пресс-релизы в духе «у меня точно как у тебя, но на один больше». Тот факт, что штаб-квартиры обеих компаний – LifeTechnologies и Illumnia – располагались в районе Сан-Диего, лишь распалял их соперничество.

Пока многие академические лаборатории, в том числе Бэйлорский геномный центр Ричарда Гиббса, осваивали приборы SOLiD, на тот момент компании Life не удавалось выдавить Illumnia с ее лидерских позиций. В 2010 году Life сменила курс, рискнув по-крупному: она выделила около 725 миллионов долларов на поддержку новейшей компании Джонатана Ротберга Ion Torrent Systems. После ухода из компании 454 Ротберг продолжал разрабатывать альтернативные варианты секвенирования. Он придумал хитроумный метод, суть которого заключалась в следующем: метод основан на связи между химической и цифровой информацией, что позволяет быстрее и проще секвенировать большое количество образцов. Эта технология также называется рН-индуцированным секвенированием. Процесс основан на детекции протонов, которые получаются при синтезе цепи ДНК как побочный продукт. Как следствие, рН раствора меняется, что и можно детектировать. Платформа Ion Torrent отличается от остальных технологий секвенирования тем, что в ней не используются модифицированные нуклеотиды и оптические методы. Метод Ion Torrent позволяет исследовать транскриптомы, малые РНК. Платформа Ion Torrent позволяет считывать последовательность ДНК гораздо дешевле, чем другие имеющиеся инструменты, работа которых связана с использованием мощных лазеров и дорогих камер.

Когда воодушевленный Ротберг представил аппарат Personal Genome Machine в переполненной аудитории на конференции по геномике в 2011 году, он даже заявил, что еще вчера эта машина секвенировала ДНК прямо у него в гостиничном номере, хотя это, возможно, противоречило указаниям FDA. Двое коллег Ротберга водрузили прибор на сцену, чтобы продемонстрировать, насколько (относительно) мобильна эта машина. Аппарат Ротберга, стоивший каких-то 50 тысяч долларов, был призван демократизировать секвенирование – и это в какой-то степени удалось. Продажи росли благодаря заманчивой перспективе, что каждое последующее поколение чипов в основе системы позволит экспонентно повышать темпы секвенирования. В результате состязание за победу в деле инновационного секвенирования превращалось в гонку двух фаворитов – Illumnia и LifeTechnologies; компания 454 проигрывала конкуренцию, а замыкала этот дивизион компания Roche.

Однако «гонка секвенаторов», несомненно, должна была пройти еще немало зигзагов и поворотов. Более двух десятилетий исследователи работали над, казалось бы, простой новой концепцией: дело в том, что при протягивании ДНК через бактериальные белковые мембраны, образованные естественным образом и именуемые нанопорами, можно определять последовательность нуклеотидов. Впервые эту идею сформулировал химик Дэвид Димер из Калифорнийского университета в Санта-Крусе, обрисовавший такую систему в 1989 году на листе желтоватой линованной бумаги.